長嶺凹陷多環(huán)坡折地貌發(fā)育特征及對沉積過程的控制

胡純心，楊 帥，陸永潮，杜學(xué)斌，3

(1.中國石化 東北油氣分公司研究院，長春 130062;2.構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室，武漢 430074;3.中國科學(xué)院青島海洋研究所海洋地質(zhì)與環(huán)境重點實驗室，山東青島 266071)

坡折帶是層序地層學(xué)研究中至關(guān)重要的概念之一，它不僅可以清晰地反映古地形地貌的變化，而且對沉積體系的發(fā)育和演化乃至隱蔽圈閉的找尋都起著重要的控制作用。多年來的勘探實踐業(yè)已證明，坡折帶理論對于尋找深水區(qū)隱蔽油氣藏具有方向性的指導(dǎo)作用，且在油氣勘探中取得了巨大的成功[1－13］。

對于松遼盆地而言，盆地形態(tài)完整而寬闊，是研究坳陷湖盆坡折帶有利地區(qū)之一。國內(nèi)一些學(xué)者已經(jīng)注意到松遼湖盆坡折帶的獨特性，認(rèn)為該地區(qū)坡折既有斷裂性質(zhì)的、也有撓曲性質(zhì);可進(jìn)一步分為侵蝕型、沉積型和構(gòu)造型[14－17］。杜學(xué)斌等2008年對松遼盆地北部坡折帶進(jìn)行了整體性研究，認(rèn)為存在2條環(huán)狀坡折帶，對盆內(nèi)沉積體系分配起著控制作用[18］。但是，松遼盆地南部是什么情況，是否同樣具有多個環(huán)狀坡折帶，目前還未見有完整的認(rèn)識。本文利用新獲得的三維地震資料，對松遼盆地南部的長嶺凹陷進(jìn)行解剖。

1 地質(zhì)背景

長嶺凹陷屬于松遼盆地的次級構(gòu)造單元之一，經(jīng)歷了熱隆張裂階段、裂陷階段、坳陷階段和萎縮褶皺階段4個構(gòu)造演化階段[19－22］。白堊系泉頭組(K1q)、青山口組(K2qn)、姚家組(K2y)、嫩江組(K2n)屬于坳陷期，也是本文的目標(biāo)層位(圖1)。

對于坳陷階段而言，其構(gòu)造演化與全球地質(zhì)事件、區(qū)域構(gòu)造事件以及區(qū)域應(yīng)力場變化密切相關(guān)。以T11界面為界，將坳陷期劃分為裂后伸展階段和裂后擠壓階段。泉頭組和青山口組屬于裂后伸展階段，姚家組和嫩江組屬于裂后擠壓階段。泉頭組、青山口組、姚家組+嫩江組一、二段、嫩江組三、四、五段各為一個二級層序，其形成背景與太平洋板塊和亞歐板塊之間相互作用息息相關(guān)(圖1)。

2 多環(huán)坡折帶地貌識別及發(fā)育特征

通過研究發(fā)現(xiàn)，在長嶺凹陷內(nèi)發(fā)育著多條平面上呈環(huán)帶狀展布的坡折帶，構(gòu)成了凹陷內(nèi)的多階坡折地貌，從而為沉積體系分配奠定了基礎(chǔ)。以下將從地震、古地貌兩方面進(jìn)行論述。

2.1 地震剖面上識別

地震資料解釋是層序地層學(xué)的研究基礎(chǔ)。圖2是一條貫穿凹陷內(nèi)主要構(gòu)造單元的剖面，可以看到，凹陷內(nèi)的坡折帶發(fā)育非常明顯，表現(xiàn)為同一地震反射層系的地震反射時間、厚度急劇增大，并有明顯的上超和削截反射終止現(xiàn)象。同時注意到，凹陷內(nèi)坡折是由多個坡折構(gòu)成的坡折群，呈多級多階發(fā)育，且在凹陷邊緣均有完整發(fā)育，不存在缺失現(xiàn)象，分別命名為外環(huán)坡折和內(nèi)環(huán)坡折。

圖1 松遼盆地長嶺凹陷綜合充填序列Fig.1 Tectonic evolution and the geodynamics in Changling Sag，Songliao Basin

圖2 松遼盆地長嶺凹陷多環(huán)坡折帶地震剖面Fig.2 Seismic section of multiple-circular slope-break belts in Changling Sag，Songliao Basin

圖3 松遼盆地長嶺凹陷主要層段古地貌Fig.3 Palaeogeomorphology of main exploration strata in Changling Sag，Songliao Basin

2.2 古地貌形態(tài)上識別

古地貌是地質(zhì)歷史時期地貌形態(tài)的直觀反映。圖3是長嶺凹陷主要目的層段(泉頭組、青山口組、姚家組)的古地貌恢復(fù)圖。可以看到，最主要的古地貌特征就是多個環(huán)狀坡折帶的存在，在整個坳陷階段均有發(fā)育。具體說來，可以看到存在2個區(qū)域性展布的坡折帶，呈現(xiàn)環(huán)帶特征，因此命名為內(nèi)環(huán)坡折帶和外環(huán)坡折帶。坡折帶分割了古地理單元:在盆地邊界和外環(huán)坡折帶之間為外環(huán)緩坡區(qū)，外環(huán)和內(nèi)環(huán)坡折帶之間為內(nèi)環(huán)緩坡區(qū)，內(nèi)環(huán)坡折內(nèi)為深凹區(qū)(圖3)。

3 多環(huán)坡折帶地貌對沉積過程控制

坡折帶對沉積體系的形成和分配有重要的控制作用，控制了相帶在平面的分異過程，對于沉積體系空間配置研究具有指導(dǎo)意義。

3.1 坡折控制下的古地理分區(qū)

對于長嶺凹陷來說，坡折帶首先控制了古地理分區(qū)。從圖4可以看到，外環(huán)坡折是外環(huán)緩坡區(qū)和內(nèi)環(huán)緩坡區(qū)的分界，內(nèi)環(huán)坡折是內(nèi)環(huán)緩坡區(qū)和坳陷區(qū)的分界。對于泉頭組來說，由于整體處于地形平緩的狀態(tài)，高低起伏變化不大，主要以階地為主，因此從坳陷中央到邊緣，主要地理分區(qū)可劃分為一級階地、二級階地和三級階地。

3.2 坡折控制下的沉積相帶分異

從剖面圖(圖5)上能夠看到，坡折帶對相帶分異起著明顯的控制作用。外環(huán)坡折帶到盆地邊緣之間的緩坡區(qū)，主要以平原相帶為主，沉積顆粒粗，河道發(fā)育;外環(huán)坡折與內(nèi)環(huán)坡折之間的緩坡區(qū)，沉積物主要以前緣近端相帶為主，沉積充填主要是三角洲河口壩的沉積;而在內(nèi)環(huán)坡折帶向凹陷中心的地帶，主要是前緣遠(yuǎn)端—前三角洲充填為主，沉積物顆粒細(xì)，泥質(zhì)含量高。

圖4 松遼盆地長嶺凹陷坡折帶控制下的古地理分區(qū)Fig.4 Geographic units controlled by slope-break belts in Changling Sag，Songliao Basin

圖5 松遼盆地長嶺凹陷環(huán)狀坡折帶控制下的相帶分異在剖面顯示Fig.5 Profile of sedimentary facies changes controlled by multiple-circular slope-break belts in Changling Sag，Songliao Basin

圖6是坡折帶控制下的相帶分異在平面的粗略顯示。可以看到，多環(huán)坡折帶明顯地把研究區(qū)分成幾個相帶，包括沖積平原帶、濱岸平原帶、淺湖—半深湖帶，在不同的相帶里面，充填著不同的沉積物類型，后面將有論述。

3.3 古地貌與沉積體系耦合

從前文分析可知，多級坡折帶對古地理單元分區(qū)和相帶分異起著重要的控制作用。具體到主要目的層段來說，古地貌與沉積體系具有良好的耦合關(guān)系，不同的地形地貌內(nèi)發(fā)育著不同的沉積亞相，而這些地貌的分區(qū)則受控于多環(huán)坡折。

圖7是青山口組古地貌與沉積體系耦合圖。可以看到，坳陷邊緣—外環(huán)坡折帶的外環(huán)緩坡區(qū)，主要發(fā)育以三角洲平原為主的粗粒沉積;過外環(huán)坡折帶后，進(jìn)入內(nèi)環(huán)緩坡區(qū)，地形再次變得平緩，沉積物再次發(fā)生大面積堆積，在這個區(qū)域內(nèi)主要沉積的為三角洲的主體部分，沉積微相包括水下分流河道、河口壩沉積;過內(nèi)環(huán)坡折后，進(jìn)入深洼區(qū)，發(fā)育的主要是三角洲遠(yuǎn)端的細(xì)粒沉積，如遠(yuǎn)端壩、席狀砂，甚至在某些深水區(qū)，可以見到滑塌作用形成的濁積巖。圖8是姚家組沉積期古地貌與沉積體系耦合圖，具有與青山口組同樣的規(guī)律。整體說來，從物源區(qū)到沉積地，砂分散體系軌跡及沉積體系類型演變與最大坡降比相吻合，這符合重力驅(qū)動和重力分異作用的自然規(guī)律。

圖6 松遼盆地長嶺凹陷環(huán)狀坡折帶控制下的相帶分異在平面顯示Fig.6 Plane changes of sedimentary facies controlled by multiple-circular slope-break belts in Changling Sag，Songliao Basin

圖7 松遼盆地長嶺凹陷青山口組古地貌與沉積體系耦合Fig.7 Coupling of palaeogeomorphology and sedimentary system of Qingshankou Formation in Changling Sag，Songliao Basin

4 以環(huán)狀坡折帶為基礎(chǔ)的有利區(qū)帶預(yù)測

通過對主要目的層段古地貌和沉積體系空間展布的分析，建立了以環(huán)狀坡折帶為基礎(chǔ)的有利區(qū)帶預(yù)測模型(圖9)。

以環(huán)狀坡折帶為界，共劃分出4個有利勘探區(qū)帶。Ⅰ帶:隆起帶——平原巖相域;Ⅱ帶:斜坡帶——前緣近端巖相域;Ⅲ帶:深坳帶——前緣近端巖相域;Ⅳ帶:深坳帶——前緣遠(yuǎn)端巖相域。

Ⅰ帶的隱蔽圈閉類型主要是河道砂體型、古潛山型圈閉帶;Ⅱ帶上的隱蔽圈閉類型主要是地層型、上傾尖滅型、構(gòu)造—巖性型圈閉帶;Ⅲ帶上隱蔽圈閉類型主要是構(gòu)造—巖性型圈閉帶;Ⅳ帶上隱蔽圈閉類型主要是構(gòu)造—巖性型、透鏡狀巖性型圈閉。

圖8 松遼盆地長嶺凹陷姚家組古地貌與沉積體系耦合Fig.8 Coupling of palaeogeomorphology and sedimentary system of Yaojia Formation in Changling Sag，Songliao Basin

圖9 松遼盆地長嶺凹陷有利區(qū)帶預(yù)測模型Fig.9 Model of favorable target prediction in Changling Sag，Songliao Basin

5 結(jié)論

1)長嶺凹陷發(fā)育了多條環(huán)狀坡折帶，貫穿整個凹陷，坡折帶的存在分割了地理單元，控制了相帶分異，從而造成主要目的層段古地貌形態(tài)與沉積體系空間展布具有密切的耦合關(guān)系。

2)以環(huán)狀坡折帶為基礎(chǔ)，建立了具有指導(dǎo)意義的有利區(qū)帶預(yù)測。共劃分出4個有利勘探區(qū)帶:隆起帶——平原巖相域、斜坡帶——前緣近端巖相域、深坳帶——前緣近端巖相域及深坳帶——前緣遠(yuǎn)端巖相域。不同的帶上發(fā)育了不同的隱蔽圈閉類型。

[1]Stow D A V，Mayall M.Deep-water sedimentary systems:new models for the 21st century[J］.Marine and Petroleum Geology，2000，17(2):125－135.

[2]Ravenne C.Sequence stratigraphy evolution since 1970[J］.Compes Rendus Palevol，2002，1(6):415－438.

[3]Miall A D，Miall C E.Sequence stratigraphy as a scientific enterprise:the evolution and persistence of conflicting paradigms[J］.Earth-Science Review，2001，54(4):321－348.

[4]Catuneanu O.Sequence stratigraphy of clastic systems:concepts，merits，and pitfalls[J］.Journal of African Earth Sciences，2002，35(1):1－43.

[5]Catuneanu O，Abreu V，Bhattacharya J P，et.al.Towards the standardization of sequence stratigraphy[J］.Earth-Science Review，2009，92(1－2):1－33.

[6]Deptuck M E，Steffens G S，Barton M，et al.Architecture and evolution of upper fan channel-belts on the Niger Delta slope and in the Arabian Sea[J］.Marine and Petroleum Geology，2003，20(6－8):649－676.

[7]Saller A H，Noah J T，Ruzuar A P，et al.Linked lowstand delta to basin-floor fan deposition，offshore Indonesia:An analog for deepwater reservoir systems[J］.AAPG Bulletin，2004，88(l):21－46.

[8]林暢松，潘元林，肖建新，等.構(gòu)造坡折帶—斷陷盆地層序分析和油氣預(yù)測的重要概念[J］.地球科學(xué)——中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報，2000，25(3):260－264.

[9]劉豪，王英民.準(zhǔn)噶爾盆地坳陷湖盆坡折帶在非構(gòu)造圈閉勘探中的應(yīng)用[J］.石油與天然氣地質(zhì)，2004，25(4):422－427.

[10]向雪梅，王華，王家豪，等.歧北凹陷古近系構(gòu)造坡折帶對圈閉的控制作用[J］.石油勘探與開發(fā)，2011，38(3):314－320.

[11]劉豪，王英民，王媛.坳陷湖盆坡折帶特征及其對非構(gòu)造圈閉的控制[J］.石油學(xué)報，2004，25(2):30－35.

[12]劉豪，王英民，王媛，等.大型坳陷湖盆坡折帶的研究及其意義[J］.沉積學(xué)報，2004，22(1):95－102.

[13]呂大煒，李增學(xué)，孫靜，等.淺析陸相湖盆坡折帶理論及其對沉積的控制[J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2008，27(3):70－72.

[14]王英民，金武弟，劉書會，等.斷陷湖盆多級坡折帶的成因類型、展布及其勘探意義[J］.石油與天然氣地質(zhì)[J］.2003，24(3):199－203.

[15]辛仁臣，王英民.松遼盆地北部青山口—姚家組西部坡折帶成因及演化[J］.地球科學(xué)——中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報，2004，29(5):621－624.

[16]杜江峰，劉招君，董清水，等.松遼盆地南部西部斜坡區(qū)晚白堊世坳陷盆地坡折帶研究[J］.吉林大學(xué)學(xué)報:地球科學(xué)版，2002，35(2):170－175.

[17]王穎，王英民，王曉洲，等.松遼盆地西部坡折帶的成因演化及其對地層分布模式的控制作用[J］.沉積學(xué)報，2005，23(3):498－505.

[18]杜學(xué)斌，解習(xí)農(nóng)，任建業(yè)，等.松遼坳陷湖盆環(huán)狀坡折帶發(fā)育特征及對沉積過程控制[J］.海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，2009，29(4):157－164.

[19]焦里力，俞昊，任濤.長嶺凹陷腰英臺油田腰西區(qū)塊青山口組儲層沉積微相研究[J］.石油實驗地質(zhì)，2011，33(3):249－254.

[20]宮雪，沈武顯.松遼盆地長嶺凹陷腰英臺地區(qū)坳陷層油氣成藏耦合與成藏模式解析[J］.石油實驗地質(zhì)，2012，34(6):575－581.

[21]張彥霞，李海華，王保華，等.松遼盆地長嶺斷陷深層天然氣輸導(dǎo)體系研究[J］.石油實驗地質(zhì)，2012，34(6):582－586.

[22]周卓明，王保華，朱廷祥，等.長嶺斷陷火石嶺組烴源巖特征及勘探遠(yuǎn)景分析[J］.石油實驗地質(zhì)，2012，34(6):613－617.